Đồ án Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển máy sấy phun khô thực phẩm dùng vi xử lý (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển máy sấy phun khô thực phẩm dùng vi xử lý (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY SẤY PHUN KHÔ THỰC PHẨM DÙNG VI XỬ LÝ GVHD: ThS. NGUYỄN THỚI SVTH: ĐOÀN QUỐC TUẤN MSSV: 12141703 SVTH: LÊ MINH SÁNG MSSV: 12141190 S K L 0 0 4 5 6 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2017
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY SẤY PHUN KHÔ THỰC PHẨM DÙNG VI XỬ LÝ NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG Sinh viên: ĐOÀN QUỐC TUẤN - 12141703 LÊ MINH SÁNG - 12141190 Hướng dẫn: ThS. NGUYỄNTHỚI Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2017
3. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, về phía nhà trường, chúng em muốn gửi lời cám ơn chân thành và tri ân sâu sắc đến quý thầy cô Khoa Điện - Điện tử, trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM đã sử dụng tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt kiến thức cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường. Và đặc biệt chúng em muốn gửi lời cảm ơn đến Thầy Nguyễn Thới và Thầy Lê Hoàng Du, các Thầy đã dành thời gian quý báu hướng dẫn tận tình sinh viên hoàn thành đề tài. Hơn vậy, các Thầy đã truyền đạt những kinh nghiệm làm việc, chia sẻ những khó khăn với sinh viên trong suốt thời gian vừa qua. Ngoài ra, chúng em muốn gửi lời cảm ơn tới tất cả các bạn trong lớp điện tử công nghiệp, đã có những sự hỗ trợ vô cùng quý báu cho chúng em hoàn thành tốt đề tài này. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô, bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ cho chúng em. Chúc quý thầy cô luôn có sức khỏe, thành công trong sự nghiệp trồng người của mình. Chúc các bạn hoàn thành tốt báo cáo tốt nghiệp của mình và thành công trong công việc sau này. Trong quá trình làm đồ án, không thể tránh khỏi có những sai sót, mong nhận được các ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn để đồ án được tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn. ii
4. MỤC LỤC PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi Chương 1: TỔNG QUAN 1 1.1. Giới thiệu đề tài 1 1.2. Tính cấp thiết của đề tài 2 1.3. Mục tiêu nghiên cứu và nhiệm vụ nghiên cứu 2 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 1.5. Phương ph́áp nghiên cứu 3 1.6. Ứng dụng công nghệ sấy phun 3 1.7. Bố cục của đồ án 4 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 5 2.1. Chuẩn truyền thông RS-485 5 2.1.1 Giới thiệu 5 2.1.2 Một số khái niệm liên quan đến chuẩn RS-485 5 a. Truyền dẫn cân bằng 5 b. Mức tín hiệu 6 c. Cặp dây xoắn 6 d. Trở kháng đặc tính dây xoắn 6 e. Điện áp kiểu chung 7 f. Vấn đề nối đất 7 g. Điện áp đầu cuối 8 h. Phân cực đường truyền 9 2.2. Giới thiệu biến tần INVT Goodrive10 (GD10) 10 2.2.1 Biến tần GD10 10 2.2.2 Các chức năng điều khiển của biến tần GD10 10 2.2.3 Điều khiển biến tần bằng truyền thông RS-485 11 2.2.4 Data Frame và các thông số truyền thông của biến tần GD10 11 2.2.5 Cài đặt biến tần GD10 12 2.3. Giới thiệu về PIC16F887 13 2.3.1 Tổng quan về PIC16F887 13 2.3.2 Sơ đồ chân PIC16F887 14 2.3.3 Truyền dữ liệu EUSART 14 2.4. Giới thiệu về cảm biến nhiệt độ PT100 15 2.4.1 Nhiệt điện trở (Resitance Temperature Detector -RTD) 15 2.4.2 Cảm biến nhiệt độ PT100 16 iii
5. 2.5. Quá trình sấy phun khô 18 2.5.1 Khái niệm chung 18 2.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy phun 19 a. Nồng độ chất khô của nguyên liệu 19 b. Nhiệt độ tác nhân sấy 20 2.5.3 Cấu tạo và nguyên lý của hệ thống sấy phun khô 20 a. Cấu tạo chung của hệ thống sấy phun 20 b. Cơ cấu phun sương 21 c. Buồng sấy 21 d. Tác nhân sấy 21 e. Hệ thống thu hồi bột 21 f. Quạt 22 g. Calorifer 22 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 23 3.1. Yêu cầu thiết kế của hệ thống 23 3.2. Thiết kế sơ đồ khối 23 3.3. Thiết kế sơ đồ nguyên lý 25 3.3.1 Giới thiệu về phần mềm Proteus 25 3.3.2 Thiết kế 27 3.3.3 Lưu đồ 32 3.4. Thiết kế hệ thống cơ (buồng sấy) 37 3.5. Thi công 38 Chương 4: KẾT QUẢ 41 4.1. Kết quả thi công và lắp ráp hệ thống 41 4.2. Kết quả vận hành 44 4.2. Đánh giá 44 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 45 5.1 Kết luận 45 5.2 Hướng phát triển 45 PHỤ LỤC 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 iv
6. DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Kiểu truyền dẫn cân bằng 2 dây 5 Hình 2.2 Tín hiệu trên 2 dây của hệ thống cân bằng 6 Hình 2.3 Cặp dây xoắn trong RS-485 6 Hình 2.4 Cách xác định điện áp kiểu chung 7 Hình 2.5 Cách đặt điện trở đầu cuối RT 8 Hình 2.6 Tín hiệu thu được với 2 giá trị điện trở RT 8 Hình 2.7 Phân cực cho đường truyền RS-485 9 Hình 2.8 Biến tần đa năng Goodrive 10 10 Hình 2.9 Data frame truyền thông RS-485 của biến tần Goodrive10 11 Hình 2.10 Các thông số dùng cho truyền thông RS-485 của biến tần Goodrive10 12 Hình 2.11 Vi điều khiển PIC16F887 13 Hình 2.12 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F887 14 Hình 2.13 Hình dạng và cấu tạo RTD 15 Hình 2.14 Bảng giá trị điện trở của PT100 16 Hình 2.15 Độ tuyến tính của điện trở bạch kim theo nhiệt độ 17 Hình 2.16 Hình dạng PT100 17 Hình 2.17 Cấu tạo đầu dò PT100 18 Hình 2.18 Sơ đồ hệ thống sấy phun 20 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 23 Hình 3.2 Giao diện phần mềm 25 Hình 3.3 Thanh công cụ chuẩn 26 Hình 3.4 Chức năng các nút trên thanh linh kiện 26 Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý mạch cấp nguồn cho vi điều khiển 27 Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị LCD 27 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trug tâm sử dụng PIC16F887 28 Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý khối truyền thông RS-485 29 Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý khối truyền thông RS-485 30 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 31 Hình 3.11 Lưu đồ giải thuật chính 32 Hình 3.12 Lưu đồ kiểm tra phím chạy và dừng 33 Hình 3.13 Lưu đồ kiểm tra phím tăng và giảm 34 Hình 3.14 Lưu đồ kiểm tra biến TT 35 Hình 3.15 Lưu đồ chương trình đọc nhiệt độ 36 Hình 3.16 Sơ đồ qui trình tính toán và thiết kế máy sấy phun 36 Hình 3.17 PCB điều khiển biến tần 38 v
7. Hình 3.18 PCD in thực tế 39 Hình 3.19 Mạch in thực tế điều khiển biến tần 39 Hình 3.20 Mạch nguồn dòng tham chiếu cảm biến nhiệt PT100 40 Hình 4.1 Tổng quan mạch điều khiển biến tần 41 Hình 4.2 Mở đầu chương trình 41 Hình 4.3 Nút nhấn điều khiển 42 Hình 4.4 Chế độ điều khiển 42 Hình 4.5 Nhấn phím khởi động 42 Hình 4.6 Nhấn phím dừng 43 Hình 4.7 Máy sấy phun khô 43 vi
8. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu đề tài Ngày nay, cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật nói chung, ngành công nghiệp chế biến thực phẩm cũng đang phát triển mạnh mẽ. Bởi lẽ, đời sống của con người ngày càng được nâng cao, đòi hỏi các sản phẩm thực phẩm phải ngày càng phong phú và đa dạng để đáp ứng tốt nhất nhu cầu mọi lúc, mọi nơi của con người. Thực phẩm ở dạng lỏng dễ bị hư hỏng dưới tác động của vi sinh vật, điều kiện môi trường xung quanh kéo theo thời gian bảo quản và sử dụng rất hạn hẹp. Các công nghệ chế biến mới cho những thực phẩm ở dạng lỏng như thế này, nổi trội hơn hết là công nghệ sấy như sấy thăng hoa, sấy phun, sấy tầng sôi, sấy khí động nhằm tách bớt nước ra khỏi thực phẩm, biến thực phẩm ở dạng lỏng thành thực phẩm dạng bột mà không làm thay đổi tính chất của sản phẩm. Sấy phun là một phương pháp sản xuất bột từ chất lỏng hay dung dịch bằng cách phun dòng nguyên liệu thành hạt sương vào môi trường có sự đối lưu không khí nóng và do đó độ ẩm trong nguyên liệu sẽ được bốc hơi một cách nhanh chóng. Sản phẩm cuối cùng của quá trình này tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng chính xác bao gồm các yếu tố: kích thước hạt, độ ẩm còn lại, mật độ và hình thái hạt. Công nghệ sấy ra đời đánh dấu bước chuyển mình của thực phẩm dạng lỏng, nó giúp cho thực phẩm bảo quản được lâu hơn và đặc biệt là ngày càng thu hút được sự quan tâm chú ý của người tiêu dùng nhiều hơn do sự phong phú của sản phẩm. Tuy nhiên, trên thực tế các mô hình máy sấy phun khô thực phẩm còn sử dụng một cơ cấu hoạt động chung được giới hạn cho một loạt sản phẩm mà không chạy theo cơ cấu cài đặt tự động cho từng loại sản phẩm dẫn đến việc không thể giám sát quá trình hoạt động của máy theo đúng yêu cầu người sử dụng được, hiệu quả sử dụng thấp. Hơn nữa, việc điều khiển tự động cho từng loại sản phẩm với các thông số điều khiển khác nhau cũng như việc giám sát, hiển thị, thu thập dữ liệu còn chưa được trang bị làm ảnh hưởng đến hiệu suất sử dụng, chất lượng sản phẩm. Để cải tiến cho máy được hoạt động tốt hơn, nhóm thục hiện đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển máy sấy phun khô thực phẩm dùng Vi xử lý”. Trong đó, hệ thống sấy phun kết hợp vi xử lý để điều khiển biến tần hoạt động theo từng cơ cấu sản phẩm khác nhau, giám sát các thiết bị về tốc độ động cơ, nhiệt độ lò sấy, . CHƯƠNG 1 1
9. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.2. Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, nhiều giải pháp đã được đưa ra nhằm đáp ứng qui trình sấy phun khô một cách hiệu quả. Trên thực tế các mô hình máy sấy phun khô thực phẩm còn sử dụng một cơ cấu hoạt động chung được giới hạn cho một loạt sản phẩm mà không chạy theo cơ cấu cài đặt tự động cho từng loại sản phẩm dẫn đến việc không thể giám sát quá trình hoạt động của máy theo đúng yêu cầu người sử dụng được, hiệu quả sử dụng thấp. Hơn nữa, việc điều khiển tự động cho từng loại sản phẩm với các thông số điều khiển khác nhau cũng như việc giám sát, hiển thị, thu thập dữ liệu còn chưa được trang bị làm ảnh hưởng đến hiệu suất sử dụng, chất lượng sản phẩm. Nắm bắt được điều đó, nhóm chúng em đưa ra giải pháp điều khiển hoạt động của một hệ thống sấy phun khô đơn giản thông qua vi điều khiển PIC16F887. 1.3. Mục tiêu nghiên cứu và nhiệm vụ nghiên cứu Thiết kế và thi công được hệ thống điều khiển các cơ cấu hoạt động cho từng loại sản phẩm cần sấy phun khô. Giao tiếp điều khiển giữa biến tần và vi xử lý để cài đặt cho từng cơ cấu, hiển thị thông số đo đạc chính xác. Bộ vi xử lý nhỏ gọn, giá thành rẻ, phù hợp với nhu cầu hiện tại của người sử dụng thay vì giải pháp điều khiển sử dụng PLC. Để đạt được điều này chúng em cần phải hoàn thành các công việc sau: - Giao tiếp truyền nhận dữ liệu giữa vi điều khiển PIC16F887 và biến tần thông qua chuẩn giao tiếp RS-485 nhằm điều khiển tốc độ động cơ trong buồng sấy. - Quản lí nhiệt độ đầu vào nhằm điều khiển hoạt động động cơ trong buồng sấy. 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Vi điều khiển PIC16F887, Cảm biến nhiệt độ PT100, biến tần INVT GooDrive10. Phạm vi nghiên cứu: Vi điều khiển PIC16F887: Cấu tạo, các chân I/O, giao tiếp RS-485. Cảm biến nhiệt độ PT100: Cấu tạo, cách lấy dữ liệu tương tự. Biến tần INVT GooDrive10: Cấu tạo, cách lắp đặt, giao tiếp RS-485. CHƯƠNG 1 2
10. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.5. Phương ph́ áp nghiên cứu Trong quá trình thực hiện đề tài sinh viên thực hiện đề tài đã áp dụng một số phương pháp sau để thực hiện đề tài. Phương pháp thu thập thông tin: - Sau khi xây dựng nhiệm vụ nghiên cứu, sinh viên thực hiện đề tài thu thập các thông tin từ nhiều nguồn tài liệu tin cậy, các cơ sở lý thuyết liên quan tới vi điều khiển PIC16F887, giao tiếp RS-485, tham khảo các giáo trình, các báo cáo khoa học . - Đối thoại, gặp gỡ trực tiếp người có chuyên môn và đã từng thực hiện các đề tài liên quan. Việc tham khảo thu thập thông tin từ các tài liệu đã giúp nhóm củng cố lại một cách khoa học các kiến thức đã có và xây dựng những nền tảng kiến thức mới. Qua đó nhóm chọn ra những nguồn kiến thức quan trọng để thực hiện đồ án. Phương pháp mô phỏng: Mô phỏng các sơ đồ nguyên lí, từ đó kiểm tra, đánh giá các kết quả mô phỏng so với lý thuyết và rút ra nhận xét. 1.6. Ứng dụng công nghệ sấy phun Hiện nay, sấy phun được ứng dụng trong khá nhiều lĩnh vực như: thực phẩm, dược phẩm, hóa học và cả trong xây dựng. Trong thực phẩm, công nghệ sấy phun không thể thiếu trong sản xuất các sản phẩm dạng bột mịn như sữa bột, bột cà phê, bột trà xanh, bột các loại quản ngũ cốc, các loại gia vị, hương liệu, tinh bột và các dẫn xuất tinh bột, vitamin, enzyme, chất tạo màu Trong y học, quá trình sấy phun được sử dụng sản xuất các loại thuốc dạng bột mịn. Trong lĩnh vực công nghiệp hóa chất, sấy phun được áp dụng để sản xuất nhôm chlorohydrate, amoni nitrat, amoni phosphate, magnesium hydroxide, oxit kẽm, kẽm sulfat, bột tẩy, cacbua (titan, silicon, tantali, niobi), chất xúc tác cho các phản ứng hóa chất vô cơ và hữu cơ, kim loại gốm, chất tẩy rửa, thuốc nhuộm và bột màu.T rong ngành xây dựng, kỹ thuật này được ứng dụng để sản xuất màu sơn, vật liệu gốm, bột ceramic và một số dạng xi măng với năng suất cao và làm việc theo nguyên tắc liên tục Trong sản xuất hàng tiêu dùng như bột giặt còn đối với lĩnh vực điện, sấy phun áp dụng cho vật liệu cách điện bao gồm phun khô oxit nhôm. CHƯƠNG 1 3
11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.7. Bố cục của đồ án Nội dung được trình bày với bảy chương với nội dung như sau: Chương 1: Tổng quan để tài. Giới thiệu tình hình hiện nay, nêu rõ vai trò, mục đích nghiên cứu của đề tài, đối tượng, phạm vi nghiên cứu, tính thực tiễn của đề tài cũng như một số phương pháp nghiên cứu trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương này sẽ trình bày: + Chuẩn truyền thông RS-485. + Giới thiệu biến tần INVT GooDrive 10. + Giới thiệu về vi điều khiển PIC16F887. + Giới thiệu về cảm biến nhiệt độ PT100. + Quá trình sấy phun khô. Chương 3: Thiết kế. Chương này sẽ trình bày: + Thiết kế sơ đồ khối. + Thiết kế sơ đồ nguyên lý. + Lưu đồ và chương trình. + Thi công Chương 4: Kết luận và hướng phát triển. Chương này sẽ trình bày: + Nêu ra kết luận cho đề tài + Hướng phát triển của đề tài. CHƯƠNG 1 4
12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Chuẩn truyền thông RS-485: 2.1.1 Giới thiệu: Năm 1983, Hiệp hội công nghiệp điện tử (EIA) đã phê duyệt một tiêu chuẩn truyền cân bằng mới gọi là RS-485 và được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay trong các lĩnh vực y tế, công nghiệp và dân dụng, Có thể coi chuẩn RS-485 là một phát triển của chuẩn RS-232 trong việc truyền dữ liệu nối tiếp. Đặc điểm nổi trội của chuẩn RS-485 là nó có thể hỗ trợ một mạng lên tới 32 trạm thu phát trên cùng một đường truyền, tốc độ baud (baud rate) có thể lên tới 115.200 với khoảng cách truyền khoảng 1200 mét. Với kiểu truyền cân bằng và các dây được xoắn lại với nhau nên khi xảy ra nhiễu ở dây này thì tương tự dây kia cũng nhiễu theo. Chính điều này làm cho điện áp sai biệt giữa hai dây thay đổi không đáng kể nên tại nơi thu thập vẫn nhận được tín hiệu đúng nhờ tính năng đặc biệt của bộ thu đã loại bỏ nhiễu. Chuẩn RS- 485 được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nơi mà môi trường nhiễu khá cao và yêu cầu về tính ổn định của hệ thống rất khắt khe, đặc biệt là những nơi có nhiều trạm giao tiếp được trải ra trên diện rộng. 2.1.2 Một số khái niệm liên quan đến chuẩn RS-485: a. Truyền dẫn cân bằng: Hệ thống truyền dẫn cân bằng gồm có 2 dây tín hiệu A, B nhưng không có dây mass. Sở dĩ được gọi là truyền dẫn cân bằng do tí hiệu trên dây này ngược với tín hiệu trên dây kia, nghĩa là dây này đang phát mức cao thì dây kia phát mức thấp và ngược lại.[4] Hình 2.1: Kiểu truyền dẫn cân bằng 2 dây. CHƯƠNG 2 5
13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP b. Mức tín hiệu: Với 2 dây A, B truyền dẫn cân bằng, tín hiệu mức cao TTL được quy định khi áp của dây A lớn hơn dây B tối thiểu là 200mV, tín hiệu mức thấp TTL được quy định khi áp của dây A nhỏ hơn dây B tối thiểu cũng là 200mV. Nếu điện áp VAB nằm trong khoảng (-200mV, 200mV) thì tín hiệu lúc này được xem như rơi vào vùng bất định. Điện thế của mỗi dây tín hiệu so với mass bên phía thu phải nằm trong khoảng (-7V, +12V). [4] Hình 2.2: Tín hiệu trên 2 dây của hệ thống cân bằng. c. Cặp dây xoắn: Cặp dây xoắn (Twisted-pair wire) là cặp dây có chiều dài tương đồng và được xoắn lại với nhau. Sử dụng cặp dây xoắn sẽ giảm thiểu được nhiễu, nhất là khi truyền ở khoảng cách xa và với tốc độ cao. [4] d. Trở kháng đặc tính cặp dây xoắn: Phụ thuộc vào hình dáng và chất liệu cách điện của dây mà nó sẽ có một trở kháng đặc tính (Characteristic impedence -Zo), điều này thường được chỉ rõ bởi nhà sản xuất, thường rơi vào khoảng (100Ω, 120Ω). [4] Hình 2.3: Cặp dây xoắn trong RS-485. CHƯƠNG 2 6
14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP e. Điện áp kiểu chung: Tín hiệu truyền dẫn gồm 2 dây không có dây mass nên chúng cần được tham chiếu đến một điểm chung, có thể là dây mass hay bất kì một mức điện áp cho phép nào đó. Điện áp kiểu chung (Common- mode voltage -VCM) về mặt toán học được phát biểu như là giá trị trung bình của hai điện áp tín hiệu được tham chiếu với mass hay một điểm chung. [4] Hình 2.4: Cách xác định điện áp kiểu chung. f. Vấn đề nối đất: Tín hiệu trên 2 dây khi được tham chiếu đến một điểm chung là đất (Ground) thì khi đó nó cần được xem xét kỹ lưỡng. Lúc này bộ nhận sẽ xác định tín hiệu bằng cách tham chiếu tín hiệu đó với đất của nơi nhận, nếu đất giữa nơi nhận và nơi phát có một sự chênh lệch điện thế vượt qua ngưỡng cho phép thì tín hiệu thu được sẽ sai lệch hoặc dẫn tới hỏng thiết bị. Điều này cho thấy mạng RS-485 gồm 2 dây nhưng có tới 3 mức điện áp được xem xét. Do đất là một vật dẫn điện không hoàn hảo nên nó có một điện trở xác định, gây ra chênh lệch điện thế từ điểm này đến điểm kia, đặc biệt là tại các vùng có nhiều sấm sét, máy móc tiêu thụ dòng lớn, những bộ chuyển đổi được lắp đặt và có nối đất. Chuẩn RS-485 cho phép chệnh lệch điện thế đất lên tới tối đa là 7V. Như vậy đất là điểm tham chiếu không đáng tin cậy và giải pháp tốt hơn cho việc truyền tín hiệu lúc này là đi thêm một dây thứ 3, nó sẽ được nối mass tại nguồn cung cấp để dùng làm điện áp tham chiếu. [4] CHƯƠNG 2 7
15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP g. Điện trở đầu cuối: Điện trở đầu cuối (Terminating Registor) [4] là điện trở được đặt tại hai điểm tận cùng của đường truyền. Giá trị điện trở đầu cuối lý tưởng bằng giá trị trở kháng đặc tính của đường dây xoắn, thường rơi vào khoảng (100Ω-120Ω). Hình 2.5: Cách đặt điện trở đầu cuối RT. Nếu điện trở đầu cuối không phù hợp vói giá trị trở kháng đặc tính của đường dây thì nhiễu có thể xảy ra do có sự phản xạ xuất hiện trên đường truyền, nhiễu ở mức độ nhỏ có thể không ảnh hưởng nhưng với mức độ lớn có thể làm cho tín hiệu bị sai lệch. Hình 2.6: Tín hiệu thu được ứng với 2 giá trị điện trởRT. CHƯƠNG 2 8
16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP h. Phân cực đường truyền: Khi mạng RS-485 ở trạng thái rảnh thì tất cả các khối thu đều ở trạng thái lắng nghe đường truyền và tất cả khối phát đều ở trạng thái tổng trở cao cách ly với đường truyền. Lúc này trạng thái của đường truyền được xem là bất định. Nếu VAB thuộc khoảng (-200mV,200mV) thì trạng thái logic tại ngõ ra khối thu sẽ mang giá trị của bit cuối cùng nhận được. Điều này không đảm bảo vì đường truyền rảnh trong truyền dữ liệu nối tiếp đòi hỏi phải ở mức cao để khối thu không hiểu nhầm là có dữ liệu xuất hiện trên đường truyền. Để duy trì trạng thái mức cao khi đường truyền rảnh thì việc phân cực đường truyền (Biasing) [4] là cần thiết. Một điện trở R kéo lên nguồn ở đường A và một điện trở R kéo xuống mass ở đường B sao cho VAB ≥ 200mV sẽ ép đường truyền lên mức cao. Hình 2.7: Phân cực cho đường truyền RS-485. CHƯƠNG 2 9
17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.2. Giới thiệu biến tần INVT Goodrive10 (GD10): 2.2.1 Biến tần GD10: - Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số cố định thành dòng điện xoay chiều có tần số có thể thay đổi được. - Biến tần Goodrive10 được thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm không gian và dễ dàng lắp đặt, thông số cài đặt thân thiện với người dùng. Thiết kế màn hình có thể tháo rời và đặt cách xa 5m, thuận lợi cho việc vận hành và quan sát, tích hợp sẵn cổng RS 485 với giao thức truyền thông Modbus RTU. Kết nối máy tính để giám sát quá trình hoạt động cũng như cài đặt thông số cho biến tần. Hình 2.8: Biến tần đa năng Goodrive 10. 2.2.2 Các chức năng điều khiển của biến tần GD10: - Giải thuật điều khiển V/F. - Nhiều tính năng điều khiển: Điều khiển PID, đa cấp tốc độ, chế độ định thời, - Nhiều ngõ vào ra Analog và Digital lập trình được, phù hợp cho nhiều loại ứng dụng khác nhau. - Tích hợp bộ lọc C2 giảm nhiễu điện từ trong môi trường dân dụng và công nghiệp. - Cung cấp đầy đủ các chế độ bảo vệ motor: quá dòng, quá áp, quá tải, quá nhiệt, thấp áp - Tích hợp sẵn cổng RS 485 với giao thức truyền thông Modbus RTU.[7] CHƯƠNG 2 10
18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.2.3 Điều khiển biến tần bằng truyền thông RS-485: Trong các phương pháp trên, phương pháp điều khiển biến tần thông qua cổng truyền thông là phương có nhiều ưu điểm hơn cả. Công nghệ hỗ trợ cho phương pháp này đã được các nhà sản xuất biến tần và các thiết bị điều khiển trung gian hỗ trợ đầy đủ. Chuẩn giao tiếp RS-485 có nhiều ưu điểm nổi bật [7]: - Tốc độ cao, lên tới 10Mbps. - Khoảng cách truyền xa, lên tới 1200m. - Chống nhiễu tốt. - Giá thành thấp. - Mức điện áp hoạt động nhỏ. 2.2.4 Data Frame và các thông số truyền thông của biến tần GD10: - Data frame truyền thông RS485 của biến tần Goodive10[7]: Hình 2.9: Data frame truyền thông RS485 của biến tần Goodrive10. CHƯƠNG 2 11
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Các thông số truyền thông RS485 của biến tần Goodive10[7]: Hình 2.10: Các thông số dùng cho truyền thông RS485 của biến tần Goodrive10. 2.2.5 Cài đặt biến tần GD10: [7] - Ta vào P00.03 để cài đặt tần số max cho biến tần. - Ta vào P00.05 để cài đặt tần số min cho biến tần. - Để chọn chế độ chạy theo kiểu truyền thông ta vào P00.01 chọn là 2 và vào P00.06 chọn 08 để biến tần chấp nhận các thông số ta điều chỉnh. - Ta vào P14.01 để chọn tốc độ baud cho biến tần, ở đây ta chọn là 3,tương đương 9600 bps - Vào P14.02 để chọn kiểu khung frame data. CHƯƠNG 2 12
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.3. Giới thiệu về PIC16F887: 2.3.1 Tổng quan về PIC16F887: Hình 2.11: Vi điều khiển PIC16F887. PIC16F887 là vi điều khiển 8-bit có kiến trúc Harvard của Microchip có những thông số kỹ thuật sau: - Clock hoạt động tối đa 20Mhz. - Chu kỳ máy bằng bốn lần chu kỳ xong clock. - Chip có nhiều dạng vỏ khác nhau, loại chip được sử dụng trong đề tài này là loại 40 chân PDIP. - Điện áp hoạt động rộng từ 2V~5.5V. - Bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chuong trình tách biệt nhau, bus địa chỉ cũng như bus dữ liệu là riêng biệt. Bộ nhớ chương trình FLASH 8K ô nhớ cho phép ghi 100.000 lần. Mỗi ô nhớ có 14 Bit, bộ nhớ dữ liệu RAM có 512 Byte gồm các thanh ghi chức năng đặc biệt và các thanh ghi đa mục đích. Ngoài ra PIC16F887 được tích hợp 256 Byte EEPROM cho phép ghi đến 1.000.000 lần. - 35 chân I/O của 5 port điều khiển là PortA, PortB, PortC, PortD, PortE. - Bộ chuyển đổi ADC 10-bit với 14 kênh. - 3 bộ timer: bộ timer0 8-bit, bộ timer1 16-bit và bộ timer2 8-bit. - Module Capture, Compare và PWM. - Module Enhanced USART hỗ trợ RS-485, RS-232.[10] CHƯƠNG 2 13
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.3.2 Sơ đồ chân PIC16F887[10]: Hình 2.12: Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F887. 2.3.3 Truyền dữ liệu EUSART: - Vi điều khiển 16F887 có khối truyền dữ liệu đồng bộ, bất đồng bộ đa năng cải tiến. Khối truyền dữ liệu nối tiếp đa năng bao gồm bộ phát xung clock tạo tốc độ truyền, các thanh ghi dịch và bộ đệm dữ liệu rất cần thiết để thực hiện truyền hoặc nhận dữ liệu nối tiếp một cách độc lập. Khối EUSART cũng có thể xem là giao tiếp truyền dữ liệu nối tiếp SCI (Serial Communication Interface), có thể định cấu hình cho truyền dữ liệu bất đồng bộ song công hoặc đồng bộ bán song công. - Truyền dữ liệu song công được sử dụng để truyền dữ liệu giữa các hệ thống ngoại vi như thiết bị đầu cuối CRT và máy tính. - Truyền dữ liệu đồng bộ bán song công được sử dụng để truyền dữ liệu giữa các hệ thống ngoại vi như các bộ ADC, DAC, bộ nhớ nối tiếp Eeprom hoặc các bộ vi điều khiển. Các thiết bị này thường không có nguồn xung clock bên trong để tạo tốc độ baud nên cần phải sử dụng nguồn xung clock từ bên ngoài. CHƯƠNG 2 14
22. S K L 0 0 2 1 5 4